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터널이야기

미고결 저토피 터널 특징 및 침하원인, 대책

by ◎◎●◎●◎◎◎● 2020. 5. 25.

미고결 저토피 터널 특징

미고결 지반 즉 토사는 전단강도가 적고 변형 계수가 크고, 사질토는 투수성이 크므로 시공 시 문제가 생길 수 있다. 전단강도가 적기 때문에 굴착 중 터널이 붕괴될 위험이 있으며 붕괴가 되지 않더라도 변형이 크게 될 수 있고 지보가 적정하지 못하면 과대 변형에 따른 이완으로 붕괴될 수 있다. 투수성이 큰 경우에는 지하수 유출과 더불어 토립자 유실로 공급 확대, 파이핑, 지반이완이 발생할 수 있다. 토피가 적은 경우에는 터널 안전성에 중요한 그라운드 아치 형성이 곤란하여 굴착 자재가 곤란할 수도 있다. 

시공 중 계측관리방안

일상관리 계측 방법에는 갱내 관찰조사, 내공 변위 측정, 천단 침하 측정, 지표침하 측정, 락볼트 인발시험 등이 있고 공사의 안전성을 확인하고 시공의 적합성을 확인하기 위해 실시한다.

대표 계측 방법에는 숏크리트 응력 측정, 락볼트 축력 측정, 지중 침하 측정, 지중 변위 측정, 지중 수평 변위 측정 등이 있고 설계의 타당성을 확인하고 잔여공사의 시공계획을 수립하기 위해 실시한다.

영구 계측인 유지관리 계측은 터널이 완공된 후 사용기간 중에 굴착면 주변 지반의 변화로 발생하는 콘크리트 라이닝의 변화 여부를 사전에 확인하여 터널 자체의 안전성을 확보하는 행위이다. 지반변형이 예상되는 터널이나 터널 주변의 특정 건물에 위해가 예상되는 터널, 하저터널, 해저터널, 장대터널 등에 설치한다. 계측 항목은 내공 변위 측정, 천단 침하 측정, 간극수압 측정, 토압 측정, 라이닝 응력 측정, 철근 응력 측정 등이 있다. 

지반이 취약하고 지질변화가 심하여 과다변위 구간에 실시한다. 주요 구조물 인접지나 향후 구조물이 터널에 근접하여 신축이 예상되는 구간에 실시한다. 공사 중에 붕락이 발생한 구간에 실시한다. 계측 결과로부터 시공 시 공용 상태에 대한 안전성을 평가하고 필요시 추가 보강 등을 검토한다. 영구 계측 도입으로 유지 관리되어 내구성 있는 터널 구조물이 되도록 힘써야 한다. 

지표침하의 원인과 대책

지표침하의 원인

지하수 배수에 의한 원인으로는 터널 굴착에 따라서 지하수가 갱내로 유출되며 이에 따른 지하수위 저하로 인하여 유효응력 증가와 상부의 토사는 재배열이 된다. 이때 지하수가 메우고 있던 간극을 재배열되는 토사가 메우게 되고 유효 응력 증가로 침하가 발생하게 된다. 

막장 자립성 불량에 의한 원인이 있다. 토사지반의 경우에 막장의 자립성이 매우 불량하여 터널 굴착과 동시에 지보를 설치하더라도 지표침하를 방지하기는 어려우므로 인근 구조물에 피해를 주지 않는 범위에서 침하를 최소화할 수 있도록 노력해야 한다. 

소성 영역의 증대에 의한 원인이 있다. 토피가 얕은 터널의 경우에는 터널 굴착 이완 하중에 의한 소성 영역이 지표에 까지 이를 수 있고 지표침하를 발생하기도 한다. 

터널 구조물 침하에 의한 원인이 있다. 지지력 부족에 의한 침하의 하나로 굴착 저면의 지지력이 약할 경우에 터널 측벽이 침하되며 이런 경우에 터널 상부의 전토 피하 중이 지보재에 전달되므로 침하가 계속 진행되고 피해가 누적되어 터널이 붕괴될 수 있다. 

지표침하 대책

지하수에 대한 대책으로는 약액주입공법(LW, SGR, 우레탄 주입 공법 등)을 적용하여 지하수의 유출을 차단하는 방법이 있다.

막장 자립성 불량에 대한 대책으로는 막장 자립성을 증대시킬 수 있는 보조공법을 적용해서 막장의 안전성을 높이는 방법으로 강관 다단 그라우팅, 분할 굴착공법 적용, 포폴 링 공법, 수발 공, 막장면 숏크리트 등의 방법이 있다. 

지지력 부족에 의한 대책으로는 상반측벽 하부에 확대 기초를 설치하거나 스틸립 사이에 H beam을 삽입시켜서 받치는 공법을 사용하는 방법이 있다. 측벽에 앙카를 사용하여 고정한 후 인장력을 이용하여 침하를 방지하는 방법도 있다. 측벽 하부에 지지 말뚝 기초 역할을 할 수 있는 보강 그라우팅을 시공하는 방법도 있다. 

마치며

이처럼 불안정한 지반에서의 굴착을 시공하여야 할 때에는 주변 환경을 면밀하게 조사하여 변수를 최대한 줄여야 하며 급격한 변화에 빠르게 대처할 수 있도록 절차를 간소화하고 현장에서 결정하여 선조치 하여 터널 붕락 등 안전사고를 예방하는데 힘써야 한다. 

https://youtu.be/lB0ERRvXno4

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